Planungsgrundlagen Solarsysteme

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Planungsgrundlagen Solarsysteme

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Planungsgrundlagen Solarsysteme

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Ermittlung des Brauchwasserbedarfes

Der Warmwasserverbrauch ist die wichtigste Größe bei der Anlagenplanung und Voraussetzung für eine sinnvolle Anlagenauslegung.
Für die Berechnung gelten folgende Richtwerte und durchschnittliche Verbrauchsmengen pro Person und Tag.
Niedriger Verbrauch = 25 – 35 l
Mittlerer Verbrauch = 35 – 55 l
Hoher Verbrauch = 55 – 75 l

Für Waschmaschine und Geschirrspüler können 16 l pro Tag mit in die Berechnung einfließen.

Beispiel: 3 Personenhaushalt = 3 * 50 l + 16 l = 166 l/d

Brauchwasserbedarf pro Tag bei unterschiedlichen Zapfmengen

Auswahl des Solarspeichers

Das Speichervolumen sollte ungefähr doppelt so groß wie der Brauchwassertagesbedarf gewählt werden.
Faustformel für die Speicherauswahl: Brauchwassertagesbedarf * 2 = Speichervolumen

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Beispiel: 3 Personenhaushalt = 166 l Tagesbedarf = 300 l Speicher

Ermittlung des Wärmebedarfs anhand des berechneten Brauchwasserverbrauchs

Q’ = Wärmebedarf pro Tag
P = Dichte von Wasser (1 kg/l)
M = spezifische Wärmekapazität von Wasser
(1,16 Wh/(kg*K)
ΔT = Temperaturdifferenz zwischen Kalt- und Warmwasser
(10°C Kaltwassereintrittstemperatur, 45°C Warmwasserzapftemperatur)

Q = m * p * C * ΔT

Beispiel: Q = 166 l * 1 kg * 1,16 Wh/(kg*K) * 35K = 6,73 kWh/d
1 * d * kg * K

Auswahldiagramm für unterschiedliche Temperaturdifferenzen zwischen der Kaltwassereintrittstemperatur und der Zapftemperatur.

Benötigte Leistung für das gewählte Brauchwasservolumen

Auslegung der Absorberfläche

Für einen langjährigen, störungsfreien Betrieb der Solaranlage ist eine richtige Dimensionierung der Absorberfläche von entscheidender
Bedeutung. Aufgrund des Wärmebedarfs, der Dachneigung und Ausrichtung sowie der lokalen Solareinstrahlung muss gegebenen –
falls im Einzelfall eine Berechnung der notwendigen Kollektorfläche erfolgen.
Für eine einfache Auswahl der Absorberfläche kann die untenstehende Berechnung verwendet werden. Grundlage hierfür ist der berechnete
Wärmebedarf für die Brauchwasserbereitung unter Berücksichtigung des Strahlungsangebotes (α = 0° Süden und β = 45°
Neigungswinkel), dem Anlagennutzungsgrad und dem gewünschten solaren Deckungsanteil.

Q = Wärmebedarf                                                 Beispiel: Absorberfläche (Flachkollektor)
G = regionales Strahlungsangebot                       = (365 * 6,37 kWh * 0,60) / (1000 kWh/(m2 * a) * 0,35) = 3,98 m2
GK = Einstrahlung auf die Kollektorfläche
ηSYS = mittlerer Systemnutzungsgrad                Beispiel: Absorberfläche (Vakuumröhrenkollektor)
SD = gewünschter Solarer Deckungsanteil          = (365 * 6,37 kWh * 0,60) / (1000 kWh/(m2 * a) * 0,45) = 3,10 m2

Absorberfläche =  365 d/a * Q * SD    = 6,73 kWh/d      Faustformel für die Berechnung der Absorberfläche:
                               GK * ηSYS                                                 Flachkollektor = ca. 1,5 m2 pro Person
                                                                                                          Vakuumröhrenkollektor = ca. 1 m2 pro Person

Auswahldiagramm anhand des berechneten Brauchwasservolumens bei unterschiedlichen Temperaturdifferenzen und Systemnutzungsgraden.

Einflüsse auf die Größe der Kollektorfläche

Einfluss der Südabweichungen auf die Größe der Kollektorfläche (Azimut des Kollektors α)

Bei einer Südabweichung sollte die gewählte Kollektorfläche mit den im Diagramm angegebenen Korrekturfaktoren multipliziert werden.

Einfluss des Neigungswinkels auf die Größe der Kollektorfläche (β)

Um einen ungünstigen Neigungswinkel für den Betrieb der Anlage (Sommer-, Winter- oder Ganzjahresbetrieb) auszugleichen, sollte die Kollektorfläche mit den im Diagramm angegebenen Korrekturfaktoren multipliziert werden.

Verschattung der Absorberfläche

Bei einer Flachdach- oder Fassadenmontage muss der Einstrahlungswinkel der Sonne genau betrachtet werden, da es abhängig von der Region und der Neigung der Absorberfläche in bestimmten Zeiträumen zu gegenseitigen Verschattungen der Absorberfläche kommen kann. Dies ist bei einer Auslegung der Solaranlage zwingend zu beachten. Aus den folgenden Diagrammen kann die Prozentuale Verschattung der Absorberfläche bei unterschiedlichen Sonnenständen (Einstrahlwinkel) abgelesen und je nach Nutzungsart geplant werden.

Beispiel Flachdach:
Aufstellwinkel Absorberfläche = 30°, Einstrahlungswinkel = 28° (z.B. Hamburg 01.10. 10:00 Uhr),
Verschattung = 18% der Absorberfläche

Beispiel Fassadenmontage:
Aufstellwinkel Absorberfläche = 30°, Einstrahlwinkel = 65° (z.B. München 01.07. 12:00 Uhr),
Verschattung = 22% der Absorberfläche

Flachdach: Prozentuale Verschattung in Abhängigkeit der Sonnenhöhe

Fassade: Prozentuale Verschattung in Abhängigkeit der Sonnenhöhe

Rohrdimensionierung

Mit den bei den einzelnen Kollektorarten angegebenen Volumenströmen, können anhand der unten stehenden Tabelle Rohrdimen sionen bestimmt werden. Es ist darauf zu achten, dass die Strömungsgeschwindigkeit 0,7 m/s entspricht. Bei größeren Strömungs-geschwindigkeiten kann es zu Geräuschentwicklung und Materialabtrag im Rohr kommen. Kleinere Strömungsgeschwindigkeiten können zu einem schlechten Anlaufverhalten der Anlage führen.